DE69908256T2

DE69908256T2 - Fingerabdruckfühlsystem mit kapazitiver matrix und system in dem diese vorrichtung inkorporiert ist

Info

Publication number: DE69908256T2
Application number: DE69908256T
Authority: DE
Inventors: F. Gerard HARKIN
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: GB9804539D0; US6411727B1; EP0980563B1; WO1999045496A1; KR20010012248A; KR100609624B1; DE69908256D1; JP2001523349A; EP0980563A1; TW424207B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fingerabdruckfühleinrichtung mit einer Anordnung von Fühlelementen, die je eine Fühlelektrode aufweisen, die in einem Abstand von einer Fühloberfläche liegen, über die ein Finger, dessen Fingerabdruck abgetastet werden soll, gelegt wird und wobei diese Einrichtung in Kombination mit einem darüber liegenden Fingerabdruckteil eine Kapazität liefert, und mit einem Transistor, der zwischen der Fühlelektrode und einem ersten und einem zweiten Adressleiter verbunden ist, über die das Fühlelement mit Hilfe eines Selektionssignals selektiert wird, und wobei abhängig von der Kapazität des Fühlelementes ein Ausgangssignal erhalten wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Fingerabdruck-Erkennungssystem mit einer derartigen Einrichtung.
Eine Fingerabdruckfühleinrichtung der eingangs beschriebenen An und in US-A-5.325.442 beschrieben worden. Bei dieser Einrichtung sind die Fühlelemente in einer Reihen- und Spaltengliederung angeordnet und die Transistoren der Fühlelemente, in Form von Dünnfilmtransistoren (TFTs), sind über Sätze von Reihen- und Spaltenadressleitern mit einer Steuerschaltung verbunden. Die Gate-Elektroden der Dünnfilmtransistoren der Fühlelemente in einer Reihe sind mit einem betreffenden, gemeinsamen Reihenleiter verbunden, während die Source-Elektroden der Dünnfilmtransistoren aller Fühlelemente in einer Spalte mit einem betreffenden gemeinsamen Spaltenadressleiter verbunden sind. Die Drain-Elektrode jedes Dünnfilmtransistors ist mit der Fühlelektrode des Fühlelementes verbunden. Die Fühlelektroden bilden zusammen mit darüber liegendem dielektrischem Material und einzelnen Fingerabdruckteilen Kondensatoren. Die Reihenadressleiter sind mit einer Abtastschaltung verbunden, die jedem Reihenleiter in einer betreffenden Reihenadressperiode ein Schaltsignal (Selektionssignal) zuführt um die Dünnfilmtransistoren der Fühlelemente jeder Reihe nacheinander einzuschalten. Gleichzeitig mit einem Schaltsignal wird den Spaltenadressleitern ein vorbestimmtes Potential zugeführt zum Laden der Kondensatoren. Die einzelnen Kapazitäten dieser Kondensatoren sind abhängig von dem Raum zwischen den Fingerabdruckteilen und den Fühlelektroden, wie bestimmt durch das Vorhandensein einer Erhöhung oder einer Senke des Fingerabdrucks, und werden durch Abtastung des Lade stromes, der während der Aufladung der Kondensatoren in den Spaltenleitern fließt, wobei Strom- oder Ladungsabtastverstärkerschaltungen verwendet werden, vorgesehen in der Steuerschaltung. Am Ende der Reihenadressperiode werden die Dünnfilmtransistoren abgeschaltet und es wird ein Schaltsignal zugeführt zu dem nächsten Reihenleiter um die Dünnfilmtransistoren der nächsten Reihe mit Fühlelementen einzuschalten. Jede Reihen mit Fühlelementen wird auf diese Weise hintereinander adressiert und die Variation in den abgetasteten Kapazitäten, erzeugt über die Anordnung von Fühlelementen durch ein Fingerabdruckstegmuster schafft ein elektronisches Bild oder eine Darstellung der dreidimensionalen Form der Fingerabdruckfläche.
Bevor die Fühlelemente wieder adressiert werden, wird die Ladung an den Fühlelektroden entfernt oder wenigstens reduziert, entweder dadurch, dass in jedem Fühlelement zwischen der Fühlelektrode und Erde ein Widerstand vorgesehen wird, dadurch, dass die vorbestimmte Spannung, die den Spaltenleitern in aufeinander folgenden Lesezyklen zugeführt wird, geändert wird, oder dadurch, dass dafür gesorgt wird, dass die Steuerschaltung zwischen aufeinander folgenden Lesezyklen einen zwischenliegenden Rückstellzyklus durchführt.
Eine andere Form eines Fühlelementes ist in WO97/40744 (PHB 34068) beschrieben worden, wobei zwei Dünnfilmtransistoren verwendet werden, deren Gate-Elektroden mit aufeinander folgenden Reihenadressleitern verbunden sind. Der erste Dünnfilmtransistor ist derart verbunden, dass er, wenn er mit Hilfe eines Schaltsignal betrieben wird, das dem zugeordneten Reihenadressleiter zugeführt wird, dazu dient, die Kapazität aufzuladen, die durch die Fühlelektrode und den darüber liegenden Fingerabdruckteil gebildet wird, wobei der Betrag der zugeführten Ladung verschieden ist, und zwar je nachdem, ob ein Hügel oder eine Senke über der Fühlelektrode vorhanden ist. Der zweite Dünnfilmtransistor ist zwischen der Fühlelektrode und dem zweiten Adressleiter verbunden und wird unmittelbar nach dem Betrieb des ersteh Dünnfilmtransistors betrieben um Ladung, die in der Kapazität geladen ist, zu der zweiten Adressleitung zu übertragen, in der diese Ladung durch einen Fühlverstärker abgetastet wird. Schnellere Auslesungen von der Anordnung sind mit dieser Anordnung möglich, weil die Notwendigkeit, die Kapazitäten der Fühlelemente in einem separaten Schritt zurückzustellen, entfernt ist.
Dem Fühlvorgang liegt aber zugrunde, dass es notwendig ist, die Kapazität über den Dünnfilmtransistor in den zweiten Adressleiter zu entladen und dass die Zeit, er forderlich um dies zu erzielen, ein beschränkender Faktor sein kann. Die Arbeitsgeschwindigkeit dieser Anordnung ist deswegen gar nicht ideal. Eine derartige Entladung kann typischerweise einige Zehn Mikrosekunden dauern und wenn eine derartige Zeit dafür nicht erlaubt ist, kann ein bestimmter Teil der Ladung in der Kapazität des Fühlelementes zurückbleiben, wobei diese Restladung dann einen nachfolgenden Auslesevorgang beeinträchtigen könnte. Weiterhin wird über die Kapazität und den Dünnfilmtransistor AC-Rauschen von dem Finger einer Person zu dem Fühlverstärker gekoppelt, wo dies über diese relativ längliche Zeitperiode integriert wird, wobei dies dazu führen kann, dass der Unterschied zwischen den Auslesewerten für Fingerabdruckhügeln und Fingerabdrucksenken vermindert wird.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fingerabdruckfühleinrichtung zu schaffen, die in dieser Hinsicht Verbesserungen bietet.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Fingerabdruckfühleinrichtung der eingangs beschriebenen Art das Kennzeichen auf, dass die Drain-Elektrode und die Source-Elektrode des Transistors mit dem ersten und dem zweiten Adressleiter verbunden sind und dass die Gate-Elektrode mit der Fühlelektrode gekoppelt ist. Das Arbeitsprinzip der Fühlelemente nach der vorliegenden Erfindung weicht enorm ab von dem der bekannten Einrichtungen. Stattdessen dass die Kapazität in den zweiten Adressleiter entladen wird zum Abtasten durch den Fühlverstärker, erfolgt das Fühlen eines Hügels oder einer Senke eines Fingerabdrucks stattdessen durch Abtasten der Ein- und Aus-Ströme der Transistoren. Der Transistor wird nicht unmittelbar mit Hilfe eines Schaltselektionssignals eingeschaltet, das über einen Adressleiter der Gate-Elektrode bei den bekannten Einrichtungen zugeführt wird, sondern durch den Effekt eines Fingerabdrucks einer Person. Der Transistor wird entweder eingeschaltet oder in dem ausgeschalteten Zustand gehalten, je nachdem, ob ein Hügel oder eine Senke über die Fühlelektrode liegt. Wenn dem ersten Adressleiter ein Selektionspotential zugeführt wird, ist der Effekt von Gate-Source- und Gate-Drain-Streukapazitäten inherent in dem Transistor eine Ladung an der Gate-Elektrode zu koppeln. Die resultierende Änderung in dem Gate-Potential ist anhängig von der Größe der durch die Fühlelektrode und einen darüber liegenden Fingerabdruckteil gebildeten Kapazität. In dem Fall, dass dieser Teil ein Hügel ist, ist die Kapazität relativ groß und folglich ist die Änderung in dem Gate-Potential klein und von einer unzureichenden Größe um den Transistor einzuschalten. In dem Fall, dass der Teil eine Senke ist, ist die Kapazität relativ gering und die Änderung in der Gate-Spannung ist folglich groß und von ausreichender Größe um den Transistor einzuschalten. Dies führt dazu, dass in die zweite Adressleitung ein elektrischer Strom fließt, worin er gefühlt wird. Dieser Drain-Source-Strom kann sehr schnell abgetastet werden, beispielsweise innerhalb einer bis fünf Mikrosekunden, dies im Vergleich zu der Zeit, erforderlich zum Fühlen einer übertragenen Ladung in der bekannten Einrichtung. Folglich ist eine viel schnellere Auslesung aus der Anordnung möglich. Auch weil nur eine kurze Integrationszeit erforderlich ist, wird eine viel bessere Störungsabweisung erhalten. Das Hügel/Senke-Ausgangsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Ausgangssignale, erhalten aus einem Fühlelement im Beisein eines darüber liegenden Hügels oder einer Senke eines Fingerabdrucks ist eine Funktion des Ein/Aus-Stromverhältnisses des Transistors, das viele Größenordnungen betragen kann, wodurch ein hohes Kontrastverhältnis und ein hoher Störabstand erzielt wird.
Die inhärenten Gate-Source- und Gate/Drain-Streukapazitäten des Transistors können absichtlich vergrößert werden um zu gewährleisten und aktiv zu helfen bei der beabsichtigten Wirkung des Fühlelementes. Dazu kann die Gate-Elektrode des Transistors als ein erweitertes Gebiet aus leitendem Material, wie einem Metall, gebildet werden, das die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode sowie das Kanalgebiet bedeckt und dazu diene kann, auch die Fühlelektrode zu schaffen.
Es dürfte einleuchten, dass Bezugnahme auf die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode der Transistoren austauschbar ist.
Wie bei den bekannten Einrichtungen werden die Fühlelemente vorzugsweise in Reihen und Spalten vogesehen und zu Sätzen von ersten und zweiten Adressleitern verbunden, die sich in der Reihen- und Spaltenrichtung erstrecken, wobei die Transistoren der Fühlelemente in einer Reihe zu einem gemeinsamen Adressleiter des ersten Satzes verbunden werden und wobei die Transistoren der Fühlelemente in einer Spalte zu einem gemeinsamen Adressleiter des zweiten Satzes verbunden werden. In diesem Fall kann eine Steuerschaltung, die mit diesen Sätzen von Adressleitern verbunden ist, auf bequeme An und Weise jedem der Adressleiter des ersten Satzes nacheinander ein Selektionssignal zuführen, damit die Fühlelemente auf Reihe-zu-Reihe-Basis arbeiten.
Um die Möglichkeit zu vermeiden, dass die Gate-Elektrode des Transistors durch aufgebaute statische Elektrizität am Finger einer Person entweder hoch oder tief schwebt, was die erwünschte Wirkung des Fühlelementes beeinträchtigen könnte, umfasst jedes Fühlelement vorzugsweise weiterhin eine weitere Schalteinrichtung, vorzugsweise einen anderen Transistor, der mit der Gate-Elektrode des erst genannten Transistors verbunden ist und der periodisch arbeiten kann um das Potential der Gate-Elektrode auf einen vorbestimmten Pegel zu bringen, vorzugsweise auf virtuelle Erde. In dem Fall, dass die Schalteinrichtung einen weiteren Transistor aufweist, werden die Drain-Elektrode und die Source-Elektrode dieses Transistors vorzugsweise zwischen der Gate-Elektrode des erst genannten Transistors und dem Adressleiter des ersten Satzes, mit dem der erst genannte Transistor verbunden ist, verbunden und die Gate-Elektrode ist mit einem anderen Adressleiter des ersten Satzes, anders als der, mit dem der erst genannte Transistor verbunden ist, verbunden. Auf diese Weise wird, wenn ein Selektionssignal diesem anderen Adressleiter zugeführt wird, um die Fühlelemente zu selektieren und zu betreiben, die mit diesem Adressenleiter assoziiert sind, das Selektionssignal auch dazu benutzt, die weiteren Transistoren einer nicht selektierten Reihe von Fühlelementen einzuschalten und das Potential der Gate-Elektrode der erst genannten Transistoren der nicht selektierten Reihe einzustellen. Auf alternative Weise könnten die Drain-Elektrode und die Source-Elektrode zwischen der Gate-Elektrode des erst genannten Transistors und dem zweiten Adressleiter vorgesehen sein. In diesem Fall aber wird jede Ladung zu dem zweiten Adressleiter transportiert, was weniger erwünscht sein kann. In einer anderen alternativen Ausführungsform kann der weitere Transistor in jedem Fühlelement derart angeordnet werden, dass die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode zwischen dem anderen Adressleiter des ersten Satzes und der Gate-Elektrode des erst genannten Transistors verbunden sind und dass die Gate-Elektrode mit dem zweiten Adressleiter verbunden ist. Mit dieser Anordnung können die Drain-Elektroden der erst genannten Transistoren in einer Spalte mit Fühlelementen mit Hilfe eines Schaltsignals zurückgestellt werden, das dem zweiten Adressleiter zugeführt wird und es wird vermieden, dass eine Ladung an den Gate-Elektroden zu dem zweiten Adressleiter geht.
Wie erwünscht sind die Gate/Source- und die Gate/Drain-Streukapazitätswerte des weiteren Transistors im Vergleich zu denen des erst genannten Transistors niedrig, was durch einen geeigneten Entwurf erzielt werden kann, beispielsweise unter Anwendung bekannter Selbstjustiertechniken, so dass kein unerwünschter Effekt in der Wirkung des erst genannten Transistors auftritt.
Statt der Verwendung eines weiteren Transistors in dem Fühlelement könnten Probleme, verursacht durch statische Elektrizität am Finger einer Person dadurch vermieden werden, dass an der Abtastfläche geerdete Leiter verwendet werden, beispielsweise in Form eines Gitters, das sich in Räumen zwischen Reihen und Spalten mit Fühlelementen in der Einrichtung erstreckt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Transistoren der Einrichtung von Fühlelementen Dünnfilmtransistoren (TFTs), die zusammen mit den Sätzen von Adressleitern und den Fühlelementelektroden auf einem isolierenden Träger, beispielsweise aus einem Polymermaterial oder aus Glas, vorgesehen sind. Die Dünnfilmtransistoren können amorphe Siliziumanordnungen enthalten. Vorzugsweise aber umfassen die Dünnfilmtransistoren Polysilizium-TFTs. Der Bequemlichkeit halber wird die Steuerschaltung vorzugsweise auf demselben Träger integriert und gleichzeitig mit dem Fühlelement, den Dünnfilmtransistoren und den Sätzen von Adressleitern hergestellt und dies ist durchaus möglich unter Anwendung von Polysiliziumtechnologie. Es werden dann preisgünstige und gedrängte Fühleinrichtungen erhalten, die für beispielsweise Integration in Cip-Karten u. dgl. durchaus geeignet sind.
Die Fühleinrichtung kann stattdessen unter Verwendung eines Halbleiter-Wafers als integrierte Schaltung hergestellt werden.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fingerabdruck-Erkennungssystem geschaffen, das eine Fühleinrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aufweist, Mittel die auf das Ausgangssignal der Fühlmittel reagieren und charakteristische Daten eines abgetasteten Fingerabdrucks liefern, und Mittel zum Vergleichen der genannten charakteristischen Daten mit gespeicherten charakteristischen Daten für einen oder mehrere Fingerabdrucke.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine vereinfache Darstellung einer Ausführungsform der Fühleinrichtung mit einer Anordnung von Fühlelementen zusammen mit einer assoziierten Adressierungsschaltung,
2 die gleiche Schaltungsanordnung eines typischen Fühlelementes in der Anordnung der Einrichtung nach 1,
3 einen Schnitt durch einen Teil der Fühleinrichtung, wobei die An und Weise der Wirkung dargestellt wird,
4 eine Draufsicht eines typischen Fühlelementes, wobei das Lay-Out der Schaltungselemente dargestellt ist,
5 eine Darstellung von Beispiel-Wellenformen, verwendet im Betrieb der Einrichtung,
6 und 7 eine Darstellung gleichwertiger Schaltungsanordnungen eines Fühlelementes und der An und Weise des Betriebs beim Abtasten verschiedener Teile eines Fingerabdrucks zusammen mit assoziierten Wellenformen bei einem derartigen Betrieb,
8 und 9 gleichwertige Schaltungsanordnungen zweier alternativer Formen eines Fühlelementes, und
10 ein einfaches Blockschaltbild eines Fingerabdruck-Erkennungssystems, wobei die Fühleinrichtung verwendet wird.
Es dürfte einleuchten, dass die Figuren nur schematisch und nicht maßstabgerecht gezeichnet worden sind. Bestimmte Abmessungen wurden vergrößert, während andere reduziert worden sind. In den Figuren sind für entsprechende nahezu identische Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
In 1 umfasst die Fingerabdruckfühleinrichtung ein Aktiv-Matrix-adressiertes Abtastfeld 10 mit einer X Y-Anordnung in regelmäßigen Abständen voneinander liegenden Fühlelementen 12, die r Reihen mit je c Fühlelementen bilden, die einen Fingerabdruck abtasten. Der Einfachheit der Zeichnung halben sind nur einige Reihen und Spalten dargestellt. In der Praxis können etwa 512 Reihen und 512 Spalten von Fühlelementen vorgesehen sein, die ein Gebiet von etwa 2,5 cm zu 2,5 cm beaufschlagen.
In 2 ist dargestellt, wie jedes Fühlelement 12 der Anordnung eine Fühlelektrode 14 aufweist, die mit einer Schaltanordnung 16 mit drei Anschlüssen in Form eines n-leitenden Feldeffekttransistors (FET) verbunden ist, der verantwortlich ist für die Abtastwirkung des Elementes. Die X-Y-Anordnung von Fühlelementen wird über einen ersten Satz in regelmäßigen Abständen voneinander liegender Reihen-(Selektions)-Adressleiter 18 und einen zweiten Satz in regelmäßigen Abständen voneinander liegender Spalten-(Abtast)-Adressleiter 20 adressiert, wobei die einzelnen Fühlelemente an den betreffenden Schnittstellen der zwei Sätze von Leitern vorgesehen sind. Die FETs 16 aller Fühlelemente in derselben Reihe sind mit einem betreffenden angrenzenden Reihenleiter 18, beispielsweise dem n. Reihenleiter, verbunden und die FETs 16 aller Fühlelemente in derselben Spalte sind mit einem betreffenden gemeinsamen Spaltenleiter 20 verbunden. Bei dieser speziellen Ausführungsform umfasst jedes Fühlelement einen zweiten n-leitenden FET 17, der mit einem nachfolgenden Reihenadressleiter 18, d. h. dem (n + 1). Reihenadressleiter verbunden ist, der mit den FETs 16 der nächsten Reihe mit Fühlelementen assoziiert ist, und die verantwortlich ist für das periodische Rückstellen des Potentials der Gate-Elektrode des FETs 16 des Fühlelementes. Die Reihenleiter 18 sind an ihren einen Enden mit einer Reihensteuerschaltung 22 verbunden, die eine Schieberegisterschaltung aufweist, und die Spaltenleiter 20 sind mit ihren anderen Enden mit einer Fühlschaltung 24 verbunden, von der ein Fühlverstärker 40 mit jedem Spaltenleiter verbunden ist. Der Gate-, Source- und Drain-Anschluss des FETs 16 des Fühlelementes sind mit der Fühlelektrode 14, dem Spaltenleiter 20 bzw. dem Reihenleiter 18 verbunden.
Der Gate-Anschluss des zweiten FETs 17 jedes Fühlelementes in einer Reihe ist mit dem anderen assoziierten Reihenleiter 18, d. h. dem nachfolgenden (n + 1). Reihenleiter verbunden und der Source- und Drain-Anschluss dieses zweiten FETs 17 sind mit der Gate-Elektrode des FETs 16 (und der Fühlelektrode 14), bzw. dem assoziierten Spaltenleiter 20 verbunden. Die Gate-Elektroden des ersten und des zweiten FETs 16 und 17 jedes der Fühlelemente in der nächsten Reihe sind mit dem (n + 1). bzw. dem (n + 2). Reihenleiter 18 verbunden usw.
Die Fühlelemente 12 und die Adressleiter 18 und 20 des Feldes 10 werden unter Anwendung der Standard-Dünnfilmtechnologie hergestellt, wie diese beispielsweise bei Aktivmatrix-adressierten Wiedergabeanordnungen angewandt wird, und an sich ist es an dieser Stelle nicht erforderlich deren Herstellung eingehend zu beschreiben. Kurz gesagt handelt es sich um die Ablagerung und Definition durch photolithographische Prozesse einer Anzahl Schichten auf einem isolierenden Substrat. Die Elektroden 14 und die Sätze mit Adressleitern 18 und 20 können aus Metall gebildet sein und die FETs 16 können als Dünnfilmtransistoren (TFTs) mit amorphem Silizium oder mit polykristallinem Silizium unter Verwendung eines geeigneten isolierenden Substrats, beispielsweise Glas, Polymer oder Quarz. Während es bevorzugt wird, Dünnfilmtechnologie anzuwenden, dürfte es einleuchten, dass das Abtastfeld 10 auf alternative Weise unter Verwendung eines Halbleiter-Wafers und unter Anwendung von IC-Technologie hergestellt wird.
Ein Beispiel einer Form einer Anordnungskonstruktion ist in 3 schematisch und vereinfacht dargestellt, wobei 3 ein Schnitt durch einen repräsentativen Teil des Feldes 10 mit drei kompletten Fühlelektroden 14 ist, und in 4, die eine Draufsicht eines Fühlelementes ist, ist die Anordnung der Schaltungsteile dargestellt. Die TFT-Anordnungen 16 und 17, die in dem Schnitt nach 3 nicht sichtbar sind, sind auf einem isolierenden Substrat 30 aus einer abgelagerten Schicht aus amorphem oder polykristallinem Siliziummaterial gebildet, wodurch die TFT-Kanäle gebildet werden mit einer abgelagerten Schicht aus dielektrischem Material, beispielsweise Siliziumnitrid oder -oxid, das die Gate-Isolatorschichten der TFTs bildet. Die Fühlelektroden 14, die in regelmäßigen Abständen voneinander liegende und mit gleichen Abmessungen versehene rechteckige leitende Felder aufweisen, und der Satz mit Adressleitern 18, der sich zwischen denselben erstreckt, werden von einer abgelagerten Metallschicht aus definiert.
In 4 sind der Gate-, der Source- und der Drain-Kontakt der TFTs 16 und 17 durch G1, S1, D1 bzw. G2, S2, D2 bezeichnet. Eine integrale Erweiterung des Reihenleiters 18 bildet den Gate-Kontakt G2 von TFT 17. Integrale Erweiterungen des Spaltenleiters 20 mit beispielsweise n+-leitendem, amorphem oder Polysilizium-Material, bilden die Source-Kontakte S1 und S2 der TFTs 16 und 17. Andere Gebiete des abgelagerten n+-leitenden Materials bilden die Drain-Kontakte D1 und D2. Gebiete aus dem intrinsiken Halbleiter-Material, die sich zwischen dem Source-Kontakt und dem Drain-Kontakt D1, S1 und D2, S2 erstrecken, bilden die Kanäle der TFTs 16 und 17, angegeben in punktierter Form in 4, unterhalb der Gate-Kontakte G1 und G2. Sich über den Source-Kontakt und den Drain-Kontakt D1, S1, D2, S2, über die intrinsiken Kanalgebiete und über den Spaltenleiter 20 erstreckend, gibt es eine Oxidschicht, welche die Gate-Isolatorschicht bildet. Die Reihenleiter 18 und die Fühlelektrode 14 werden von einer abgelagerten Metallschicht, beispielsweise aus Chrom, wobei Fenster, bezeichnet durch Kreuze, in der darunter liegenden Oxidschicht vorgesehen sind um einen Kontakt zwischen dem n. Reihenleiter und dem darunter liegenden Teil des Drain-Kontaktes D1 und zwischen der Fühlelektrode 14 und dem darunter liegenden Teil des Drain-Kontaktes D2 zu ermöglichen. In diesem Beispiel bildet ein Teil der Fühlelektrode 14 selbst die Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors 16. Die Fühlelektrode/Gate-Elektrode belegt ein Gebiet, das sich bis hinter das Kanalgebiet des Dünnfilmtransistors 16 erstreckt und bedeckt die Gebiete des Drain- und des Source-Kontaktes D1 und S, die von dem Kanalgebiet des Dünnfilmtransistors 16 führt, um ab sichtlich die Gate-Source- und die Gate-Drain-Streukapazitäten des Dünnfilmtransistors 16 zu steigern.
Zur Vervollständigung der Struktur der Fühleinrichtung wird ein harter dielektrische Film 32, beispielsweise aus Siliziumnitrid oder diamantartigem Kohlenstoff völlig über die Struktur auf dem Substrat 30 abgelagert um in einem Abstand davon eine flache, dichte Fühlfläche 34 und im Wesentlichen parallel zu der Substratoberfläche zu schaffen, wie in 3 dargestellt.
Die physikalischen Abmessungen der Fühlelektroden 14 und der Zwischenraum zwischen diesen Elektroden sind entsprechend den gewünschten Auflösungscharakteristiken für Fingerabdruck-Scanning. Als Beispiel können die Fühlelektroden einen Zwischenabstand von etwa 50 bis 100 μm in der Reihen- sowie Spaltenrichtung haben. Die Dicke des Isolierfilms 32 wird derart gewählt, dass dabei der Wert der relativen Dielektrizitätskonstante des für diesen Film verwendeten Materials berücksichtigt wird. So kann beispielsweise für eine relative Dielektrizitätskonstante von etwa 4, ein Film mit einer Dikke von etwa 0,5 μm verwendet werden.
Im Betrieb dieser Fühleinrichtung wird der abzutastende Finger auf die Fühlfläche 34 gelegt. Wirklicher physikalischer Kontakt mit der Fläche 34 tritt dann an den Hügeln des Fingerabdrucks auf, wie in 3 dargestellt, wo ein Hügel 36 des Teils der Fingeroberfläche 37 dargestellt ist. Senken in dem Fingerabdruckprofil liegen in einem wesentlich größeren Abstand von der Fläche 34, und zwar etwa 50 μm. Die mit einem Hügel versehene Fingeroberfläche liegt dadurch in einem durch die Dicke des dünnen isolierenden Films 32 bestimmten minimalen Abstand von den Elektroden 14. Jede Fühlelektrode 14 und der betreffende darüber liegende Teil der Fingeroberfläche bilden einander gegenüber liegende Platten eines Kondensators 35, wie durch punktierte Linien in 3 dargestellt, wobei die obere Platte, gebildet durch den Oberflächenteil des Fingers, effektiv auf Erdpotential liegt. Der zwischenliegende isolierende Film 32 und ein etwaiger Luftspalt zwischen dem Fingerflächenteil und der Abtastfläche 34 schaffen das Kondensatordielektrikum. Die Kapazitäten dieser einzelnen Kondensatoren variieren als eine Funktion des Raums, d, zwischen der Fingerabdruckfläche und der Abtastfläche (34), wobei größere Kapazitäten dort auftreten, wo die Fingerabdruckhügeln mit der Fläche 34 in Berührung sind und kleinere Kapazitäten dort auftreten, wo die Senken in dem Fingerabdruck über die Fühlelektroden 14 liegen. Die Schwankungen in den Kapazitäten, erzeugt über die Anord nung von Fühlelementen 12 des Feldes 10 durch ein Fingerabdruck-Hügelmuster bildet auf diese Weise im Endeffekt ein elektronisches "Bild" des Profils der Fingerabdruckfläche. Diese Kapazitäten werden innerhalb der Fühleinrichtung abgetastet und es wird auf entsprechende Weise ein Ausgangssignal geschaffen.
Das Abtasten der Kapazität der einzelnen Fühlelemente 12 in der Anordnung geschieht nun wie folgt. Jedes Fühlelement wird über den zugeordneten Reihen-, Selektions- und Spaltenabtastleiter 18 und 20 adressiert. Die Reihensteuerschaltung 22 ist vorgesehen zum Schaffen eines Selektionssignals in Form eines Spannungsimpulses zu jedem Reihenadressleiter 18, jeweils ein nach dem anderen, und auf diese Weise empfängt jeder Reihenleiter, ausgehend von der Reihe 1, nacheinander ein Selektionssignal. Ein Beispiel des Zeitverhältnisses der Steuerwellenformen, die drei aufeinander folgenden Reihenleitern zugeführt werden, n bis n + 2, ist in 5 dargestellt.
Die An und Weise, wie ein Fühlelement funktioniert, ist verschieden, je nachdem, ob ein Fingerabdruckhügel oder eine Senke über der Fühlelektrode liegt. 6 zeigt die gleichwertige Schaltungsanordnung eines Fühlelementes, wenn ein Hügel die Fläche 34 über dem Fühlelement berührt und sie zeigt assoziierte Wellenformen, die bei diesem Vorgang vorhanden sind. Die laterale Leitung durch den Hügel bildet eine leitende obere Platte der Kapazität des Fühlelementes 35, wie in 6 punktiert dargestellt. Diese obere Platte wird effektiv auf einem AC-Erdpotential gehalten, da die Gesamtkapazität des menschlichen Körpers nach Erde viel größer ist als die Kapazität des Fühlelementes.
Wenn das Potential, Vr, an dem n. Reihenleiter 18 von einem Haltepegel, Vh, zu dem selektierten Pegel, V_s, bei Zuführung eines Selektionsimpulssignals von der Reihensteuerschaltung 22 zu dem Reihenleiter sich ändert, steigt das Potential an dem Drain-Anschluss des Dünnfilmtransistors 16 und der Gate-Elektrode über die Gate-Drain- und Gate-Source-Streukapazitäten, Cgd und Cgs, wird Ladung zugekoppelt. Mit einfachen Worten: die Änderung in dem Gate-Potential, ΔV_g, kann wie folgt ausgedrückt werden:
wobei Cp die Kapazität 35 ist und wobei ΔV_r = V_s – V_h. An dieser Stelle sei vorausgesetzt, dass die Streukapazitäten des Dünnfilmtransistors 17 wesentlich kleiner sind als die des Dünnfilmtransistors 16 und folglich vernachlässigt werden können. In dieser Zeit wird der Dünnfilmtransistor 17 um den Haltepotentialpegel, V_h, zugeführt zu dem (n + 1). Reihenleiter abgehalten.
Wenn beispielsweise die Änderung in dem Potentialpegel ΔV_r des Reihenleiters etwa 10 V beträgt, beträgt die Kapazität 35 etwa 1 pF und Cgd und Cgs sind beide etwa gleich 20 fF, denn ΔV_g wird dem Wert 200 mV entsprechen. Die Schwellenspannung Vt des Dünnfilmtransistors 16 beträgt typischerweise etwa 4 V und folglich ist die resultierende Gate-Spannungsänderung ΔV_g zu klein um den Dünnfilmtransistor 16 einzuschalten. Der Drain-Strom Id, der dann durch den Dünnfilmtransistor 16 fließt, ist nur ein sehr kleiner Leckstrom, der typischerweise von der Größenordnung von 10^–12 A sein würde. Dieser Strom fließt durch den Spaltenleiter 20 zu dem Auslese-Abtastverstärker 40 in der Fühlschaltung 24, wo er durch den Verstärker integriert wird zum Erzeugen einer Ausgangsspannung V0, die etwa dem Wert (Id·t₀)/C_F entspricht, wobei t₀ die Verstärkerintegrationsperiode und C_F die Verstärker-Rückkopplungskapazität ist.
Wenn C_F dem Wert von 4 pF naher entsprechend gemacht wird und eine Integrationsperiode von 1 μF gewählt wird, wird eine Ausgangsspannung V₀ von etwa 0,25 μV erhalten, was wesentlich weniger ist als 1LSB (4 mV) in einem 8 Bit Auslesensystem.
Wenn nun der Fall betrachtet wird, dass eine Senke eines Fingerabdrucks über dem Fühlelement liegt, dann wird die Kapazität des Fühlelementes wesentlich kleiner sein (wobei Cp etwa gleich 0,5·10^–15F ist) und die Streukapazitäten werden den dominanten Effekt haben. Diese Situation ist in dem Ersatzschaltbild nach 7 dargestellt, worin die Kapazität 35, die nicht signifikant ist, fortgelassen wurde. Die zugenommene Überlappung zwischen dem Gate- und dem Drain- und dem Source-Kontakt des Dünnfilmtransistors 16 liefert einen Beitrag beim Erzielen dieses Ergebnisses. Ein derartiger Effekt kann auf einfache Weise dadurch geschaffen werden, dass die Überlappung derart vergrößert wird, dass Cgd (und Cgs) dem Wert K·Cp entspricht, wobei K größer ist als 10. In diesem Fall wird der Anstieg in dem Gate-Potential ΔV_g, wenn dem Reihenleiter 18 ein Selektionssignalimpuls zugeführt wird, etwa gleich ΔV_r·Cgd/(Cgd + Cgs) sein. Wenn nun vorausgesetzt wird, dass Cgd nahezu gleich Cgs ist, dann wird ΔVg etwa gleich ΔV_r/2.
Wenn ΔV_r gleich 10 V ist, dann wird das Gate-Potential Vg des Dünnfilmtransistors 16 auf etwa 5 V steigen. Dies ist größer als die Schwellenspannung (4 V) des Dünnfilmtransistors und wird ausreichen um den Dünnfilmtransistor einzuschalten. Folg lich wird ein wesentlicher Strom typischerweise ein Strom von einigen μA, in den Spaltenleiter fließen. Wenn dieser Strom Id etwa 5 μA entspricht, dann wird die von dem Ausleseverstärker erhaltene Ausgangsspannung V₀ 1,25 V betragen, unter der Voraussetzung aber, dass die Integrationsperiode und die Rückkopplungskapazität den gleichen Wert haben wie vorher.
Selbstverständlich wurde in dem obenstehenden Beispiel vorausgesetzt, dass Cgd und Cgs nahezu den gleichen Wert haben. Das Verhältnis dieser Streukapazitäten könnte derart variiert werden, dass Cgd größer ist, wodurch das Potential an der Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors weiterhin gesteigert wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Fühlelektrode 14 derart neu arrangiert wird, dass sie nach wie vor den Drain-Kontakt D1 des Dünnfihntransistors 16 überlappt, dass sie aber den Source-Kontakt S1 (4) nicht wesentlich überlappt. Stattdessen, dass die Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors 16 einen Teil der Fühlelektrode 14 enthält, können die Gate-Elektrode und die Fühlelektrode 14 einzeln gebildet und elektrisch miteinander verbunden werden.
Es dürfte einleuchten, dass das Funktionieren des Fühlelementes 12 nicht davon abhängig ist, ob eine Ladung an der Kapazität 35 über einen FET in den Spaltenleiter entladen wird und durch einen Ausleseverstärker, der mit diesem Leiter verbunden ist, abgetastet wird, wie dies bei der aus WO97/40744 der Fall ist. Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung vermeidet folglich die Art der Probleme, die bei der bekannten Einrichtung gefunden wurden, und zwar, dass eine derartige Entladung eine beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt, beispielsweise einige zehn μs, wodurch die Auslesegeschwindigkeit verringert wird, und auch, was wichtig ist, die Tatsache, dass AC-Rauschen von dem Finger einer Person in den Ausleseverstärker gekoppelt wird, wo diese Störung eine relativ lange Periode integriert wird, wodurch die Auslesespannung verfälscht wird. Im Betrieb der vorliegenden Einrichtung wird die Drain-Strom des Dünnfilmtransistors 16 relativ schnell abgetastet, beispielsweise in etwa 1 bis 5 μs, was ein schnelles Auslesen schafft und auch eine viel bessere Störungsabweisung, und zwar wegen der kürzeren Integrationszeit.
Das erhaltene Hügel-Senkenverhältnis ist eine Funktion des Ein/Aus-Stromverhältnisses des Dünnfilmtransistors 16, das viele Größenordnungen beträgt und dies schafft ein hohes Kontrastverhältnis.
Während des Auslesevorgangs eines Fühlelementes ist der Dünnfilmtransistor 17 nach wie vor unwirksam. Durch die Möglichkeit, dass sich statische Elektrizität an einem berührenden Finger einer Person aufbaut, könnte das Potential der Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors 16 plötzlich entweder hoch oder niedrig werden. Dies könnte dazu führen, dass der Dünnfilmtransistor 16 angehalten wird, was angibt, dass es eine Senke gibt, oder abgeschaltet wird, was angibt, dass ein Hügel vorliegt. Um diesen falschen Betrieb zu vermeiden, funktioniert der Dünnfilmtransistor 17 derart, dass das Zustandspotential der Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors 16 auf 0 V beibehalten wird (virtuelle Erde). Ein Selektionssignal V_s, das dem nachfolgenden (n + 1). Reihenleiter 18 zum Selektieren der nächsten Reihe mit Fühlelementen zugeführt wird, sorgt dafür, dass die Dünnfilmtransistoren 17 der Fühlelemente in der vorhergehenden reihe abgeschaltet werden, wodurch die Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors 16 und die Fühlelektrode 14 mit dem zugeordneten Spaltenleiter 20 verbunden und eine etwaige Ladung an der Gate-Elektrode und der Fühlelektrode entfernt wird. Es dürfte einleuchten, dass infolge dieser Anordnung eine Ladung, die in der Kapazität 35 des Fühlelementes gespeichert ist, beim Auslesen des nächsten Abtastelementes in der Spalte zu der an dem Spaltenleiter 20 erzeugten Ladung des Ausgangssignals hinzugefügt wird. Um dies zu vermeiden könnte die Fühleinrichtung aber derart arrangiert werden, dass sie zunächst durch eine Ausgangs-Rückstellphase geht, wenn ein Finger auf die Einrichtung gelegt wird. Dies würde mit sich bringen, dass alle Reihenleiter 18 augenblicklich hoch-gepulst werden um das Gate-Potential aller Dünnfilmtransistoren 16 auf virtuelle Erde zu bringen. Danach wird, wenn die Fühlelemente betrieben werden, an den Source- und Drain-Klemmen der Dünnfilmtransistoren 17 Nullpotential vorhanden sein.
Die Dünnfilmtransistoren 17 der Fühlelemente könnten auch anders angeordnet sein, wie in den 8 und 9 dargestellt. In der Anordnung nach 8 sind die Source- und die Drain-Klemmen des Dünnfilmtransistors 17 zwischen der Gate-Elektrode des Dünnfihntransistors 16 und dem n. Reihenleiter 18 verbunden, statt mit dem Spaltenleiter 20, so dass, wenn dem (n + 1). Reihenleiter ein Selektionssignal zugeführt wird, der Dünnfilmtransistor derart funktioniert, dass er eine Ladung an der Gate-Elektrode des Dünnfihntransistors 16 zu dem n. Reihenleiter gehen lässt. In der Anordnung nach 9 ist die Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors 17 mit dem Spaltenleiter 20 verbunden und die Source- und Drainklemmen sind mit dem (n + 1). Reihenleiter 18 und der Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors 16 verbunden. Der Basis-Auslesevorgang der Fühlelemente ist nach wie vor der gleiche. Um das Gate-Potential zurückzustellen, werden die Spaltenleiter 20 aber am Anfang und/oder am Ende einer Frame-Periode hoch-gepulst um die Dünnfilmtransistoren 17 aller Fühlelemente einzuschalten und folglich die Gate-Elektrode der Dünnfilmtransistoren 16 zurückzustellen. Wie bei der Anordnung nach 8 wird eine Ladung an der Gate-Elektrode eines Dünnfilmtransistors 16 statt zu einem Spaltenleiter zu einem Reihenleiter geführt.
Die Anordnung eines zweiten Dünnfilmtransistors 17 in jedem der Fühlelemente ist nicht wesentlich. Probleme wegen statischer Elektrizität an dem Finger einer Person kann durch alternative Mittel vermieden werden. So können beispielsweise geerdete Leiter aus Metall oder ITO unmittelbar in der Außenfläche 34 der Isolatorschicht 32 ( 3), die über die Zwischenräume zwischen benachbarten Reihen und Spalten von Fühlelementen liegen, entweder in Form eines Gitters oder als einen Satz paralleler Streifen, wie in US-A-5325 442 beschrieben.
Ein einziges Selektionssignal, das einem Reihenleiter 18 zugeführt wird, führt dazu, dass die Fühlelemente, die mit diesem Reihenleiter assoziiert sind, einen Lesevorgang durchführen. Jede Reihe mit Fühlelementen wird auf diese Weise in einer betreffenden Reihenadressperiode durch die sequentielle Zuführung eines Selektionssignals zu dem Satz von Reihenleitern 18 adressiert zum Abtasten des Fingerabdrucks und es wird ein komplettes "Bild" der Kapazitätscharakteristiken nach der Adressierung aller Reihen in der Anordnung in einer kompletten Bildperiode aufgebaut. Typischerweise kann die Dauer eines Selektionssignals Vs (Ts in 5) um die 1 bis 5 μs liegen. Etwa 50 Teilbilder in der Sekunde können möglich sein, und zwar abhängig von den Merkmalen der peripheren Steuer- und Abtastschaltung.
In der Spaltenabtastschaltung 24 ist jeder Spaltenleiter 20 mit einem zugeordneten Ladungsverstärker 40 verbunden und die Verstärker sind mit einem Satz von Schaltern verbunden, die nacheinander mit Hilfe eines Schieberegisters betrieben werden um an einer Ausgangsleitung eine Impulsfolge zu schaffen, deren Größe eine Angabe des Ladungflusses in jedem Spaltenleiter 20 ist, I bis c, wobei jeweils jede Reihe, I bis r, der Fühlelemente nacheinander ausgelesen werden zum Schaffen einer elektronischen Darstellung des Hügel/Senken-Musters eines Fingerabdrucks in einem Teilbild. Für weitere Einzelheiten dieser und alternativer Fühlelemente sei auf das oben genannte Dokument WO97/40744 verwiesen.
Die Steuerschaltung der Einrichtung, welche die Reihensteuerschaltung 22 und die Abtastschaltung 24 umfasst, kann auf demselben Substrat integriert sein, das auch die Anordnung von Fühlelementen trägt und gleichzeitig mit den Bauteilen der Fühlelemente hergestellt werden, wodurch eine preisgünstige und gedrängte Einrichtung erhalten wird. Eine derartige Integration wird auf bequeme Art und Weise unter Anwendung einer Polysilizium-Dünnfilmtechnologie erzielt. Wenn eine Polysilizium-Prozesstechnologie für niedrige Temperaturen angewandt wird, kann das Substrat aus Kunststoff bestehen und insbesondere aus einem flexiblen Polymermaterial. Eine derartige Abtasteinrichtung kann auf einfache Weise in einer Chip-Karte einverleibt werden.
Wie oben bereits erwähnt, kann die Abtasteinrichtung unter Verwendung eines Halbleiter-Wafers, beispielsweise eines Silizium-Wafers, als Substrat, statt durch Filmtechnologie auf einem isolierenden Substrat, als eine integrierte Schaltung ausgebildet werden.
Eine Matrix diskreter, elektrisch leitender Feldelektroden kann auf der Oberfläche der isolierenden Schicht vorgesehen werden, die je über eine Fühlelektrode 14 liegen und die je dieselbe Abmessungen und dieselbe Form haben, zum Bilden der gegenüberliegenden Platten der Kondensatoren 35. Hügel eines Fingerabdrucks erden spezielle Elektroden dieser Feldelektroden, wenn sie kontaktiert werden und die Kapazität der Kondensatoren 35 wird dann durch das Gebiet der Fühlelektroden und der gegenüber liegenden Feldelektroden sowie die Dicke der zwischenliegenden isolierenden Schicht 32 bestimmt, so dass im Wesentlichen identische und mehr kennzeichnende Kapazitäten an allen Hügel-Kontaktstellen erhalten werden. An anderen Stellen liegen Oberflächenteile des Fingers in einem Abstand von den darunter liegenden Feldelektroden und die Kapazitätswerte sind nach wie vor von diesen Zwischenräumen abhängig.
10 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild ein Fingerabdruck-Erkennungssystem mit der Abtasteinrichtung, hier durch den Block 60 angegeben. Das System umfasst Mittel, die auf ein Ausgangssignal der Abtastschaltung der Einrichtung reagieren zum Ausliefern charakteristischer Daten eines abgetasteten Fingerabdrucks, und Mittel zum Vergleichen der charakteristischen Daten mit gespeicherten charakteristischen Daten für einen oder mehrere Fingerabdrucke. Das Ausgangssignal ist in einer Form, die vergleichbar ist mit dem Videoausgang, der von einem Bildsensor bei bekannten optischen Fingerabdruck-Abtasteinrichtungen geliefert wird und auf entsprechende Weise, können, wie es Sachverständigen einleuchten dürfte, Elemente des Systems anders als die Fühleinrichtung im Allgemeinen von einer An sein, die bei Systemen benutzt werden, die optische Abtasteinrichtungen verwenden. Die charakteristischen Daten können entsprechend der üblichen Praxis, die Form von Information in Bezug auf die Orientierung von Hügellinien und relativen Positionen von Einzelheiten annehmen, d. h. die Enden und Verzweigungen der Leitungen. Die Verarbeitung der aus der Fühleinrichtung erhalten Information zum Erzeugen und Vergleichen charakteristischer Daten kann entsprechend bekannten Schemen und Techniken erfolgen. Das Ausgangssignal von der Einrichtung 60 wird, auf geeignete Weise vorbereitet, einer Analysenschaltung 61 zugeführt, die derart programmiert ist, dass sie charakteristische Merkmale des abgetasteten Fingerabdrucks als die Position von Einzelheiten detektiert. Daten aus der Schaltungsanordnung 61 werden einem Computer 62 zugeführt, der mit Hilfe von Standard-Algorithmen die Daten mit charakteristischen Daten einer Anzahl Fingerabdrucke oder eines einzigen Fingerabdrucks vergleicht, abhängig davon, ob das System zur Identifikation oder hauptsächlich zur Bestätigung verwendet wird, wobei dieser Fingerabdruck oder die Fingerabdrucke in einer Speicheranordnung 63 festgehalten werden und wobei dieser Computer ein Ausgangssignal liefert, und zwar, ob ja oder nein eine Übereinstimmung gefunden worden ist. Die Schaltungsanordnung 61 kann programmiert werden um, mit einer geeigneten Unterdrückung bestimmte Ausgangssignalwerte von der Anordnung 60 zu benutzen, wobei spezielle Information, die repräsentativ ist für das zweidimensionale Hügelmuster in der An eines binären Bildes entsprechend dem, das aus bekannten optischen Abtasteinrichtungen erhalten wird.
Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung dürften dem Fachmann andere Abwandlungen einfallen. Solche Abwandlungen können andere Merkmale betreffen, die im Bereich der Fingerabdruck-Abtasteinrichtungen und der zusammenstellenden Teile davon bereits bekannt und statt der oder zusätzlich zu den hier bereits beschriebenen Merkmalen verwendbar sind.

Claims

Fingerabdruckfühleinrichtung mit einer Anordnung von Fühlelementen, die je eine Fühlelektrode enthalten in einem Abstand von einer Fühlfläche, über die ein Finger gelegt wird, dessen Abdruck abgetastet werden soll, wobei diese Einrichtung in Kombination mit einem darüber liegenden Teil des Fingerabdrucks eine Kapazität liefert, und wobei zwischen der Fühlelektrode und einem ersten und einem zweiten Adressenleiter ein Transistor verbunden ist, wobei über diese Leiter das Fehlelement selektiert wird, und zwar mit Hilfe eines Selektionssignals, und abhängig von der Kapazität des Fühlelementes ein Ausgangssignal erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Drain-Elektrode und die Source-Elektrode des Transistors mit dem ersten bzw. zweiten Adressenleiter verbunden sind und die Gate-Elektrode mit der Fühlelektrode gekoppelt ist.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Elektrode des Transistors dazu vorgesehen ist, die Elektrode des Transistors, der mit dem ersten Leiter verbunden ist, im Wesentlichen zu überlappen zur Steigerung der Streukapazität zwischen der Gate-Elektrode und dieser Elektrode.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Adressenleiter mit einem Fühlverstärker verbunden ist, der vorgesehen ist um bei Zuführung eines Selektionssignals zu dem ersten Adressenleiter Souce/Drain-Strom in dem Transistor abzutasten.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlelemente in Reihen und Spalten vorgesehen und mit Sätzen von ersten und zweiten Adressenleitern verbunden sind, die sich in der Reihen- und Spaltenrichtung erstrecken, wobei die Transistoren der Fühlelemente in einer Reihe mit einem gemeinsamen Adressenleiter des ersten Satzes verbunden sind und wobei die Transistoren der Fühlelemente in einer Spalte mit einem gemeinsamen Adressenleiter des zweiten Satzes verbunden sind.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Treiberschaltung, die mit dem ersten Satz von Adressenleitern verbunden ist, dazu vorgesehen ist, jedem Adressenleiter des Satzes nacheinander ein Selektionssignal zuzuführen, damit jede Reihe mit Fühlelementen in Reihenfolge funktioniert.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Fühlelement eine Schalteinrichtung umfasst, die mit der Gate-Elektrode des Transistors verbunden ist und die selektiv betreibbar ist um das Potential der genannten Gate-Elektrode auf einen vorbestimmten Pegel zu setzen.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen weiteren Transistor umfasst, dessen Source-Elektrode und Drain-Elektrode zwischen der Gate-Elektrode des erst genannten Transistors und entweder dem zweiten Adressenleiter oder dem Adressenleiter des ersten Satzes verbunden sind, mit dem der erst genannte Transistor verbunden ist und dessen Gate-Elektrode mit einem Adressenleiter des ersten Satzes, anders als mit dem der erst genannte Transistor verbunden ist, verbunden ist.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen weiteren Transistor umfasst, dessen Source-Elektrode und Drain-Elektrode zwischen der Gate-Elektrode des erst genannten Transistors und einem Adressenleiter des ersten Satzes, anders als mit dem der erst genannte Transistor verbunden ist, verbunden ist, und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Adressenleiter verbunden ist.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass geerdete Leiter auf der Fühlfläche vorgesehen sind zum Kontaktieren eines Fingers, wenn dieser auf die Fühlfläche gelegt wird.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren in den Fühlelementen Dünnfilmtransistoren enthalten, die zusammen mit den Sätzen von Adressenleitern auf einem gemeinsamen isolierenden Träger getragen werden.
Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Fühlelementen als integrierte Schaltung auf einem Halbleitersubstrat hergestellt worden ist.
Fingerabdruck-Erkennungssystem mit einer Fingerabdruckfühleinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, mit Mitteln zum Ausliefern der Ausgangssignale der Fühlelemente zum Schaffen charakteristischer Daten eines abgetasteten Fingerabdrucks, und mit Mitteln zum Vergleichen der genannten charakteristischen Daten mit gespeicherten charakteristischen Daten für einen oder mehrere Fingerabdrucke.